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CONTROLE DE POLUIÇÃO HÍDRICA SISTEMA DE FILTRAÇÃO LENTA Prof. Dr. José Euclides Paterniani (FEAGRI) Prof. Dr. Ronaldo Pelegrini (CESET). Filtração.
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CONTROLE DE POLUIÇÃO HÍDRICASISTEMA DE FILTRAÇÃO LENTAProf. Dr. José Euclides Paterniani (FEAGRI)Prof. Dr. Ronaldo Pelegrini (CESET)
Filtração Antigas escritas Gregas e Sanscritas recomendavam como tratamento de água, entre outros métodos, a filtração através de carvão. Mas a filtração passou a ser difundida no decorrer do século XVIII estabelecendo-se como meio eficaz de remoção de partícula da água, embora o grau de clarificação não fosse mensurável naquela época. A partir do inicio dos anos 1800, a filtração lenta em areia começou a ser usada de maneira regular na Europa (EPA, 2000).
Filtração: Filtração é o processo que remove as impurezas presentes na água bruta (filtração lenta); na água coagulada ou floculada (filtração rápida direta); ou na água decantada (filtração rápida) pela passagem destas em um meio granular poroso, geralmente constituído em camadas de pedregulho, areia e antracito (comum nos filtros rápidos). Em relação ao sentido de escoamento e à velocidade com que a água atravessa a camada de material filtrante, a filtração pode ser caracterizada como lenta, rápida de fluxo ascendente ou rápida de fluxo descendente. A filtração direta tem sua denominação relacionada com a inexistência de unidade prévia de remoção de impurezas (Pré-Filtração).
Figura 1- Camadas constituintes do filtro: carvão, antracito, areia e pedregulho em diferentes granulometrias e fundo falso em PVC
Filtração Lenta • Um filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia apoiado por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com uma entrada para água bruta e uma saída para água tratada (SOLONA,1995). • A filtração lenta em camada de areia apresenta uma taxa de filtração de duzentas vezes menor que na filtração rápida. A água pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída. • Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda continuamente de direção, favorecendo o contato entre as impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando em várias ações distintas: transporte, aderência e atividade biológica.
Eficiência da Filtração Lenta A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em remover microrganismos ocorreu em 1892, através da experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas, Hamburgo e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio Elba. Em Hamburgo o tratamento era por sedimentação simples. Em Altona era por Filtração Lenta. Com a contaminação do rio Elba houve uma epidemia de cólera causando a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o mesmo não aconteceu em Altona. Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo confirmaram a importância da filtração antes do consumo da água.
Mecanismos da Filtração Lenta Dentre os mecanismos de transporte da filtração lenta destaca-se: a ação física de coar, a sedimentação, difusão, impacto inercial, interceptação e ação hidrodinâmica. Pelas próprias características do escoamento e do meio filtrante, alguns mecanismos podem ser dominantes em relação a outros, especialmente o da ação física de coar. Após algum tempo de operação, outros passam a dominar, especialmente após a formação de uma camada biológica no topo do meio filtrante, denominada superfície de coesão ou “Schmutzdecke”.
Importância do Schmutzdecke A formação da superfície de coesão ou do “Schmutzdecke” no topo do meio filtrante contribui significativamente para a retenção das partículas. A atividade biológica é considerada a ação mais importante que ocorre na filtração lenta, sendo mais pronunciada no topo da areia, onde há a formação de uma camada biológica constituída de partículas inertes, de matéria orgânica e de uma grande variedade de organismos (bactérias, algas, protozoários, metazoários, etc). A formação do “Schmutzdecke” no topo da areia pode levar dias ou até semanas, tempo denominado de período de amadurecimento de um filtro lento.
Zonas do Meio Filtrante Tem sido aceita a existência de três zonas distintas no início da camada de areia (cerca de 40 cm) : a) superfície de coesão ou “Schmutzdecke”; b) zona autótrofa; c) zona heterótrofa. a) A “Schmutzdecke” apresenta, após alguns dias, coloração marrom, resultante da retenção de partículas suspensas, partículas coloidais, algas, organismos em geral, Fe, Mn, Sílica, etc. Há ocorrência de oxidação química e os microrganismos são adsorvidos nas superfícies dos grãos do meio filtrantes onde se desenvolvem seletivamente com a utilização da matéria orgânica retida como fonte de alimento.
Zonas do Meio Filtrante (cont) b) a zona autótrofa localiza-se imediatamente abaixo do Schmutzdecke, onde, com o desenvolvimento da vida vegetal, há a síntese da matéria orgânica a partir de substâncias simples, como H2O e CO2 com fornecimento de oxigênio para o meio. c) na zona heterótrofa, que se estende até 40 cm na areia, os microrganismos multiplicam-se em grande escala, os produtos da desassimilação geralmente são usados, de modo que a matéria orgânica é convertida em H2O e CO2 nitratos e fosfatos, ocorrendo a mineralização.
Algas Em geral, os organismos fitoplanctônicos, bactérias, protozoários, metazoários e outros co-habitam os filtros lentos. Dependendo das espécies e da quantidade, as algas podem obstruir rapidamente os vazios intergranulares no início da camada de areia, reduzindo drasticamente a duração da carreira de filtração. As algas são encontradas em regiões distintas dos filtros lentos e em quantidades muito diferentes. Acima do Schmutzdecke é comum encontrar espécies móveis como as chlamidomonas e não móveis como Scenedesmus ou Ankisitrodesmus.No Schmutzdecke as filamentosas como Melósira e Spirógyra ou não filamentosas: diatomáceas e algas verdes.
Algas (cont) Algumas espécies de algas são capazes de penetrar o meio filtrante, tais como nitzchia, Synedra, Chlamidomonas, Euglena, Navícula e Phacus. Assim, a medida da concentração de clorofila a pode fornecer informações importantes sobre os organismos fitoplanctônicos, os quais necessitam de nitrogênio e fósforo para seu desenvolvimento.
Algas presentes na Zona Autótrofa – Filtração Lenta de água residuária
Uso de Mantas Sintéticas na Filtração Lenta O uso de mantas sintéticas sobre a camada de areia permite empregar taxas mais elevadas, reduzindo o tempo de filtração. Permite reduzir a espessura da camada de areia e a limpeza do filtro é facilitada pela remoção e lavagem das mantas após o encerramento da carreira de filtração. É sobre as mantas que se forma o Schmutzdecke. Geralmente são empregadas mantas sintéticas não tecidas e suas gramaturas podem ser bem variadas dependendo de cada caso. Em alguns estudos são empregadas duas mais mantas na superfície da areia.
Remoção de Fe e Mn A remoção de Ferro e Manganês na filtração lenta tem sido observada em várias pesquisas realizadas em instalações pilotos e em estações de tratamento. A precipitação do Fe e Mn acontece no Schmutzdecke, mas uma carga excessiva destes minerais pode provocar uma colmatação rápida do topo da areia. Uma concentração considerada segura é de 1,0mg/L.
Remoção de Turbidez, Coliformes Totais... Estudos têm demonstrado que a filtração lenta apresenta alta eficiência na redução da Turbidez, Cor, Coliformes Totais, Demanda Química de Oxigênio, Carbono Orgânico Total, Substâncias Húmicas, Detergentes, Fenóis, Agro-químicos e diversos organismos (bactérias, vírus). A remoção de vírus tem sido atribuída a três fenômenos: a) Predação microbiológica; b) adsorção na biomassa ou biofilme; c) absorção por superfícies não biológicas. A predação microbiológica e a adsorção na biomassa são as ações mais importantes, especialmente no Schmutzdecke onde existe uma variedade de organismos (bactérias, fungos, protozoários, metazoários e algas).
FILTRO Mantas Camada de areia Camada de Brita Exemplo de estudos em Planta Piloto superfície de coesão ou Schmutzdecke zona autótrofa zona heterótrofa Figura 2- Esquema de Filtro Lento
Processo de Filtração Lenta em Grande Escala FIGURA 4 -Filtro lento (bairro Ana Benta – Capão Bonito SP) ETA construída em 1992, ocupa uma área de 66 m² com capacidade de tratar 1,5 L/s de água.
Processo de Filtração Lenta em Grande Escala FIGURA 5 - Entrada de água no filtro lento (bairro Ana Benta – Capão Bonito SP)
